CN105428452A - 基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备工艺，基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备路线，采用的电池抛光、制绒、扩散、电极印刷设备均可采用常规量产机器，制备得到全背接触高效晶硅电池。与现有技术相比，本发明具有工艺制备流程简单的优点，通过硼/磷源共扩退火工艺能有效降低电池制备成本。

Description

基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备工艺

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳电池制造领域，尤其是涉及一种基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备工艺。

背景技术

国内高效背接触晶体硅电池方面的专利，多数涉及的是金属穿孔电池、薄膜方面的背接触技术，而且多数只是电池外观及电极结构的简单阐述，而且基于全背接触用的高效晶体硅电池多数采用的是高成本的技术工艺路线，如光刻及其他高精度掩膜对位等工艺流程。

申请号为201210103888.2的中国专利公开了背接触型晶体硅太阳能电池及其制作方法，电池包括硅基底、n型或p型掺杂的多晶硅层，在n型或p型掺杂的多晶硅层和硅基底之间形成第一钝化层。制作时通过热氧化法引入第一钝化层。通过这样方法改进的太阳能电池会大大改善电池表面的钝化效果，减少光生载流子的复合，降低电学的损失，从而获得更高的转换效率，实现更大的功率输出。

该专利在形成P+发射结区域以及N+背表面场区域采用的是掺杂多晶硅层，然后采用激光进行刻槽隔离，这无疑需要高精度对位设备，否则会导致电池漏电，甚至带来严重的激光损伤，其后续在电极金属化方面采用的是采用溅射、热蒸发或者电镀金属化工艺，这些工艺后续都要涉及到昂贵的光刻等图形化工艺，这正是本申请要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种采用的是常规高效晶体硅电池量产设备，且工艺制备流程简单的基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备工艺，采用以下步骤：

1)将厚度140-200μm的硅片在氢氧化钾及双氧水溶液中去除损伤层，然后在高浓度氢氧化钾溶液中进行双面抛光；

2)采用量产丝网印刷设备将掺磷源浆料按照设计图形印刷到抛光硅片；

3)采用PECVD或APCVD设备在抛光硅片表面沉积厚度为100-200nm的SiO2、SiNx或a-Si中的一种或两种，作为印刷磷源的扩散掩蔽层；

4)采用ns激光开孔方式，或者湿法选择性刻蚀工艺，形成掺杂硼浆料印刷窗口；

5)采用丝网印刷工艺将掺硼浆料印刷到窗口层区域；

6)将处理后的硅片置于高温扩散炉中进行硼、磷共扩散形成P⁺发射结区域及背表面场N⁺区域；

7)控制处理温度为80℃，利用四甲基氢氧化铵及异丙醇的混合溶液在硅片正面制备1-2μm的金字塔绒面；

8)将硅片在900℃下高温退火30-50分钟，在硅片表面分别形成P⁺发射结及N+背表面场；

9)高温扩散炉中，控制温度为840℃通PoCl₃液态源，高温扩散约30分钟，形成结深约为0.5μm-1μm的N+前表面扩散区域；

10)将硅片在HF溶液中清洗后，在硅片前表面沉积连续沉积SiOx及SiNx叠层钝化膜，同时在硅片背表面沉积SiNx层，形成电池背面的阻挡及绝缘层；

11)采用激光或湿法刻蚀方式，在电池背面P⁺区域及N⁺区域形成电极接触窗口；

12)采用丝网印刷方式分一次或两次将电池背面P⁺区域及N⁺区域电极浆料印刷在电池背面，然后在高温烧结炉中进行烘干并高温烧结形成欧姆接触，得到全背接触晶体硅电池。

步骤1)中去除损伤层的氢氧化钾浓度为1wt％-5wt％，双氧水溶液浓度为3wt％-6wt％，进行双面抛光的高浓度氢氧化钾溶液的浓度为6wt％-10wt％。

步骤7)四甲基氢氧化铵的浓度为2-10wt％，异丙醇的浓度为5-8wt％。

步骤10)中用于清洗的HF溶液的浓度为2-5wt％。

步骤10)中硅片前表面沉积的SiOx厚度为5-10nm，SiNx厚度为50-75nm。

步骤10中)硅片背表面沉积的SiNx层厚度为150-200nm。

步骤12)还可以采用蒸发形成金属层，然后采用丝网印刷将金属电极进行图形化，在350-450℃的氮气气氛中将电池进行退火形成电池欧姆接触，得到全背接触晶体硅电池。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明中使用的设备均为可适用于量产的掺杂浆料图形化印刷设备，形成P+发射结区域以及N+背表面场区域采用的是丝网印刷工艺直接形成掺杂图形化区域，然后直接通过高温退火推结形成P+发射结区域以及N+背表面场区域，且通过硼/磷源共扩退火工艺能有效降低电池制备成本；

2、本发明中使用的电池抛光、制绒、扩散、电极印刷设备均可采用常规量产机器；

3、采用了简单低成本的图形化及对位技术，采用的丝网印刷电极及后续烧结工艺都是基于现有规模批产工艺设备，且能满足电极设计要求，以便于开发进入批量产阶段。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备工艺，采用以下步骤：

1)将厚度140μm的硅片在氢氧化钾及双氧水溶液中去除损伤层，然后在高浓度氢氧化钾溶液中进行双面抛光；

2)采用量产丝网印刷设备将掺磷源浆料按照设计图形印刷到抛光硅片；

3)采用PECVD设备在抛光硅片表面沉积厚度为100nm的SiO₂作为印刷磷源的扩散掩蔽层；

4)采用激光刻蚀工艺将掺硼源浆料印刷的窗口打开；

5)采用丝网印刷工艺将掺硼浆料印刷到窗口层区域；

6)将处理后的硅片置于高温扩散炉中进行硼、磷共扩散形成P⁺发射结区域及背表面场N⁺区域；

7)控制处理温度为80℃，利用2wt％四甲基氢氧化铵及5wt％异丙醇的混合溶液在硅片正面制备1-2μm的金字塔绒面；

8)将硅片在900℃下高温退火30分钟，在硅片表面分别形成P⁺发射结及N⁺背表面场；

9)高温扩散炉中，控制温度为840℃通PoCl₃液态源，推结30分钟，在硅片正面形成N+前表面场；

10)将硅片在2wt％的HF溶液中清洗后，在硅片前表面沉积连续沉积5nm厚的SiOx及50nm厚的SiNx叠层钝化膜，同时在硅片背表面沉积150nm厚的SiNx层，形成电池背面的阻挡及绝缘层；

11)采用激光或湿法刻蚀方式，在电池背面P+区域及N+区域形成电极接触窗口；

12)采用丝网印刷方式分一次或两次将电池背面P⁺区域及N⁺区域电极浆料印刷在电池背面，然后在高温烧结炉中进行烘干并高温烧结形成欧姆接触，得到全背接触晶体硅电池。

步骤12)还可以采用蒸发形成金属层，然后采用丝网印刷将金属电极进行图形化，在350-450℃的氮气气氛中将电池进行退火形成电池欧姆接触，得到全背接触晶体硅电池。

实施例2

基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备工艺，采用以下步骤：

1)将厚度140μm的硅片在氢氧化钾及双氧水溶液中去除损伤层，然后在高浓度氢氧化钾溶液中进行双面抛光；

2)采用量产丝网印刷设备将掺磷源浆料按照设计图形印刷到抛光硅片；

3)采用PECVD设备在抛光硅片表面沉积厚度为150nm的SiO₂作为印刷磷源的扩散掩蔽层；

4)采用激光刻蚀工艺将掺硼源浆料印刷的窗口打开；

5)采用丝网印刷工艺将掺硼浆料印刷到窗口层区域；

6)将处理后的硅片置于高温扩散炉中进行硼、磷共扩散形成P⁺发射结区域及背表面场N⁺区域；

7)控制处理温度为80℃，利用5wt％四甲基氢氧化铵及6wt％异丙醇的混合溶液在硅片正面制备1-2μm的金字塔绒面；

8)将硅片在900℃下高温退火30分钟，在硅片表面分别形成P⁺发射结及N⁺背表面场；

9)高温扩散炉中，控制温度为840℃通PoCl₃液态源，推结30分钟，在硅片正面形成N+前表面场；

10)将硅片在3wt％的HF溶液中清洗后，在硅片前表面沉积连续沉积8nm厚的SiOx及60nm厚的SiNx叠层钝化膜，同时在硅片背表面沉积180nm厚的SiNx层，形成电池背面的阻挡及绝缘层；

11)采用激光或湿法刻蚀方式，在电池背面P+区域及N+区域形成电极接触窗口；

12)采用丝网印刷方式分一次或两次将电池背面P+区域及N+区域电极浆料印刷在电池背面，然后在高温烧结炉中进行烘干并高温烧结形成欧姆接触，得到全背接触晶体硅电池。

实施例3

基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备工艺，采用以下步骤：

1)将厚度200μm的硅片在氢氧化钾及双氧水溶液中去除损伤层，然后在高浓度氢氧化钾溶液中进行双面抛光；

2)采用量产丝网印刷设备将掺磷源浆料按照设计图形印刷到抛光硅片；

3)采用APCVD设备在抛光硅片表面沉积厚度为200nm的SiNx与a-Si作为印刷磷源的扩散掩蔽层；

4)采用纳秒或皮秒激光器，或者采用湿法方式进行选择性刻蚀，形成硼源掺杂浆料的窗口；

5)采用丝网印刷工艺将掺硼浆料印刷到窗口层区域；

6)将处理后的硅片置于高温扩散炉中进行硼、磷共扩散形成P⁺发射结区域及背表面场N⁺区域；

7)控制处理温度为80℃，利用10wt％的四甲基氢氧化铵及8wt％的异丙醇的混合溶液在硅片正面制备2μm的金字塔绒面；

8)将硅片在900℃下高温退火50分钟，在硅片表面分别形成P⁺发射结及N⁺背表面场；

9)高温扩散炉中，控制温度为840℃通PoCl₃液态源，高温扩散约30分钟，形成结深约为0.5μm-1μm的N+前表面扩散区域；

10)将硅片在5wt％的HF溶液中清洗后，在硅片前表面沉积连续沉积10nm厚的SiOx及75nm厚的SiNx叠层钝化膜，同时在硅片背表面沉积200nm厚的SiNx层，形成电池背面的阻挡及绝缘层；

11)采用湿法刻蚀方式，在电池背面P⁺区域及N⁺区域形成电极接触窗口；

12)采用蒸发形成金属层，然后采用丝网印刷将金属电极进行图形化，在350℃的氮气气氛中将电池进行退火形成电池欧姆接触，得到全背接触晶体硅电池。

对经过以上流程制备得到的全背接触高效晶硅电池进行检测，获得的初步数据，SunsVoc测试Voc655mV，FF：0.79，电池效率19.7％，如表1所示。

表1

在我们现有实验数据优化的基础上，我们可以获得655mV以上的开压(Voc)，由于电池表面没有电极栅线，电池正面电流密度，根据目前的结果可以实现39mA^cm-2以上，这是相对于常规晶体硅电池在电性能方面的优势。

相对于其他背接触电池专利，主要优势就是，我们没有昂贵的光刻曝光设备及高精度对位设备，工艺设备采用的多数是现有量产设备，且工艺路线稳定、可靠，制备出电池关键性能已经超越现有常规高效单晶电池。

Claims (7)

1.基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备工艺，其特征在于，采用以下步骤：

1)将厚度140-200μm的硅片在氢氧化钾及双氧水溶液中去除损伤层，然后在高浓度氢氧化钾溶液中进行双面抛光；

2)采用量产丝网印刷设备将掺磷源浆料按照设计图形印刷到抛光硅片；

3)采用PECVD或APCVD设备在抛光硅片表面沉积厚度为100-200nm的SiO2、SiNx或a-Si中的一种或两种，作为印刷磷源的扩散掩蔽层；

4)采用ns激光开孔或者湿法选择性刻蚀工艺，在掺杂硼浆料上印刷出窗口；

5)采用丝网印刷工艺将掺硼浆料印刷到窗口区域；

6)将处理后的硅片置于高温扩散炉中进行硼、磷共扩散形成P+发射结区域及背表面场N⁺区域；

7)控制处理温度为80℃，利用四甲基氢氧化铵及异丙醇的混合溶液在硅片正面制备1-2μm的金字塔绒面；

8)将硅片在900℃下高温退火30-50分钟，在硅片表面分别形成P⁺发射结及N+背表面场；

9)高温扩散炉中，控制温度为840℃通PoCl₃液态源，高温扩散30分钟，形成结深约为0.5μm-1μm的N+前表面扩散区域；

10)将硅片在HF溶液中清洗后，在硅片前表面沉积连续沉积SiOx及SiNx叠层钝化膜，同时在硅片背表面沉积SiNx层，形成电池背面的阻挡及绝缘层；

11)采用激光或湿法刻蚀方式，在电池背面P⁺区域及N⁺区域形成电极接触窗口；

12)采用丝网印刷方式分一次或两次将电池背面P⁺区域及N⁺区域电极浆料印刷在电池背面，然后在高温烧结炉中进行烘干并高温烧结形成欧姆接触，得到全背接触晶体硅电池。

2.根据权利要求1所述的基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备工艺，其特征在于，步骤1)中去除损伤层的氢氧化钾浓度为1wt％-5wt％，双氧水溶液浓度为3wt％-6wt％，进行双面抛光的高浓度氢氧化钾溶液的浓度为6wt％-10wt％。

3.根据权利要求1所述的基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备工艺，其特征在于，步骤7)四甲基氢氧化铵的浓度为2-10wt％，异丙醇的浓度为5-8wt％。

4.根据权利要求1所述的基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备工艺，其特征在于，步骤10)中用于清洗的HF溶液的浓度为2-5wt％。

5.根据权利要求1所述的基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备工艺，其特征在于，步骤10)中硅片前表面沉积的SiOx厚度为5-10nm，SiNx厚度为50-75nm。

6.根据权利要求1所述的基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备工艺，其特征在于，步骤10中)硅片背表面沉积的SiNx层厚度为150-200nm。

7.根据权利要求1所述的基于掺杂浆料的全背接触高效晶体硅电池制备工艺，其特征在于，步骤12)还可以采用蒸发形成金属层，然后采用丝网印刷将金属电极进行图形化，在350-450℃的氮气气氛中将电池进行退火形成电池欧姆接触，得到全背接触晶体硅电池。